JP2001210605A

JP2001210605A - 半導体装置の製造装置、およびイオンドーピング装置

Info

Publication number: JP2001210605A
Application number: JP2000381305A
Authority: JP
Inventors: Koyu Cho; 宏勇張; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2001-08-03
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP4036278B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体にレーザー光を照射することによっ
て、半導体中に一導電型を付与する不純物を効率よくド
ーピングする。【解決手段】半導体装置の製造装置は、半導体膜が設
けられた基板を処理するためのスリット状の窓が開けら
れたチャンバーと、前記基板を一方向に移動させる移動
手段と、前記チャンバーにドーパントを含んだガスを導
入するためのガス導入手段と、レーザー光を照射するレ
ーザー光照射手段とを備えている。前記基板は、前記移
動手段により移動させつつ、前記レーザー光照射手段か
らのレーザー光を照射することで、前記レーザー光が前
記窓を通って前記半導体膜に照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温工程で効率良くド
ーピングその他の化学的、物理的処理を行う半導体装置
の製造装置、およびイオンドーピング装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドーピングを行う技術として、熱
拡散法やイオン打ち込み法が知られている。熱拡散法
は、１０００度〜１２００度という高温雰囲気中で不純
物を半導体中に拡散させる方法であり、イオン打ち込み
法は、イオン化した不純物を電界で加速し所定の場所に
打ち込む方法である。

【０００３】しかしながら、不純物の拡散係数Ｄは、Ｄ
＝Ｄ₀exp[-Ｅ_a/ ｋＴ] で示されるように絶対温度Ｔに
対し指数関数的に依存する。ここでＤ₀は、Ｔ＝∞にお
ける拡散係数であり、Ｅ_aは、活性エネルギーであり、
ｋは、ボルツマン係数である。従って、不純物を半導体
中へ効率良く拡散させるためには、出来るだけ高温で行
うのが望ましく、熱拡散法では、１０００度以上の高温
工程で行うのが一般的であった。また、イオン打ち込み
法では、不純物の活性化と欠陥の回復のために６００度
〜９５０度の温度での後熱処理工程が必要であった。

【０００４】近年ガラス基板上に設けられたＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）を画素のスイッチング素子として用い
たアクティブマトリックス型の液晶表示装置が一部実用
化されているが、これらはＴＦＴのソース、ドレイン領
域をオーミックコンタクトに一導電型の非晶質珪素で形
成しているのが一般的である。また、ＴＦＴの構造とし
て逆スタガー型の形式をとっており構造的な問題から寄
生容量を発生し易かった。そこで、ソース、ドレイン領
域を自己整合的（セルフアライン）に形成するＴＦＴを
用いることが検討されているが、ソース、ドレイン領域
を自己整合的に形成するためには、イオン打ち込み法や
イオンシャワー法を用いなければならなかった。しか
し、これらの方法は、前述のように不純物の活性化と欠
陥の回復のために６００度〜９５０度の温度での後熱処
理工程が必要であり、一般の安価なガラス基板の耐熱温
度が、６００度〜７００度であることを考えると、工業
的に用いることが困難であった。

【０００５】このようなガラス基板に与える熱ダメージ
の問題を解決する方法として、レーザー光の照射による
ドーピング技術が知られている。この方法の一つとして
は、ドーピングを行おうとする半導体表面に不純物の薄
膜を形成し、レーザー光の照射によって、この不純物の
薄膜と半導体表面を溶融させ、不純物を溶かし込む方法
がある。

【０００６】上記のエキシマレーザー光の照射によって
ドーピングを行う方法は、ガラス基板に熱ダメージを与
えないので、熱ダメージによる欠陥の発生を抑えること
ができるという利点を有するが、不純物の被膜を形成す
る工程を経る必要があった。従来、この被膜形成には、
スピンコート法等の塗布法が利用されていた。しかしな
がら、この工程において、被膜の厚さの均一性が良くな
いと、不純物のドーピング濃度が異なるので、理想的な
方法ではなかった。さらに、この被膜は通常、有機溶剤
を溶媒として形成されたが、その場合には、半導体中に
炭素や酸素、窒素等の望ましくない元素が入り、特性を
劣化させることがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のレー
ザー光、特に、エキシマレーザー光を用いたドーピング
技術において、問題となった、工程の複雑化、および異
元素の侵入という課題を鑑みてなされたものである。本
発明は、したがって、液相あるいは固相のドーピング材
を用いずに、気相の純度の高いドーピングガスを用いて
ドーピングを行おうとするものであり、よって、工程の
簡略化と異元素の侵入の防止を目的とするものである。
さらに、ドーピング効率を高めることも発明の課題とす
る。さらに、本発明は、半導体材料に対するドーピング
以外にも、多種多様な材料（絶縁体、導電体）、および
それらの表面に対するドーピング、ならびにそれに付随
する材料およびその表面の改良をおこなうことを課題と
する。例えば、酸化珪素被膜中へのリンのドーピング等
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、一導電型を付与する不純物を含む高純
度の反応性気体雰囲気中で、試料半導体表面に対してレ
ーザー光を照射することによって、前記一導電型を付与
する不純物を前記試料半導体中にドーピングする方法で
ある。しかしながら、本発明人の知見によると、試料半
導体が室温のごとき低温であれば、元素の拡散が十分で
なかった。

【０００９】そこで、本発明の１つは、前記レーザー照
射時に、試料を加熱し、少なくとも２００℃以上の温度
に保つことによって、不純物元素の拡散を促進せしめ、
また、高濃度の不純物ドープをおこなおうとするもので
ある。基板の加熱温度は、半導体の種類によって異なる
が、ポリシリコン（多結晶シリコン）、セミアモルファ
スシリコンにおいて、２５０〜５００℃、好ましくは３
００〜４００℃が好適である。

【００１０】このように試料を加熱してレーザーを照射
すると、不純物が拡散しやすくなるだけでなく、レーザ
ーの照射によって一時的に結晶性が低下した半導体が、
熱的に十分な緩和時間を与えられるので、結晶性を回復
しやすい。レーザー照射は、特に、パルスレーザーの照
射においては、試料が適当な温度に加熱されていない場
合には、典型的な急加熱、急冷であるので、半導体は、
アモルファス状態を呈しやすい。すなわち、瞬間的に１
０００℃以上にまで加熱されるが、数１００ｎｓｅｃ後
には、室温にまで低下する。もし、試料がシリコンとし
て上述の範囲で加熱されていた場合には、シリコンの結
晶化温度の下限である５００℃付近にまで温度が降下す
るのに要する時間が、室温の場合の１０倍以上と算出さ
れる。この段階でレーザーの照射時間がある一定の時間
以上継続した場合にはシリコンが溶融し、不純物は融液
の対流によって内部に浸透する。また、パルスが一定の
時間以上継続しない場合には、シリコンは固相的に結晶
化し、いわゆるセミアモルファスとなるが、そのときに
は不純物は、固相的に内部に拡散する。

【００１１】温度が余りに高いことは望ましくない。な
ぜならば、高温では反応性ガス自体が分解し、試料だけ
でなく、そのホルダーなどにも付着し、ガスの利用効率
が低下するからである。

【００１２】また、半導体の結晶化温度以上の高温に保
つことも望ましくない。特に、これは多結晶半導体やア
モルファス半導体、セミアモルファス半導体のような欠
陥の多い半導体においては望ましくない。結晶性の半導
体に対し結晶化温度以上の温度で加熱を行いながらドー
ピングを行なうと、準位の発生に起因する価電子制御の
困難性の問題が生じるからである。アモルファスシリコ
ンが、熱的にポリシリコンに変化するのは、５００〜５
５０℃と言われているので、この温度以下、好ましくは
その１００℃以下（すなわち４００〜４５０℃、あるい
はそれ以下）で行うことが望まれる。また、アモルファ
スシリコンを用いたＴＦＴ（ａ−Ｓｉ：ＴＦＴといわれ
る）において、本発明の構成を用いた場合、ａ−Ｓｉ：
ＴＦＴを３５０度以上の温度に加熱すると、素子が破壊
してしまうので、この場合は３５０度以下の温度で加熱
を行うのが適当である。これらのことは他の半導体につ
いても同様である。

【００１３】本発明の他の１つは、上記のレーザー光、
特に、エキシマレーザー光を用いた気相からのドーピン
グ技術において、異なるドーピングガスを用いて複数の
ドーピングを行おうとする場合、単一のレーザー光で
は、ドーピングガスの吸光特性が異なり、ガスの種類に
よって分解特性が異なることによるドーピング効率の低
下を課題とし、これを解決するためのものである。その
ために、一導電型を付与する不純物を含む反応性気体雰
囲気中で、レーザー照射時に、前記反応性気体を分解す
るために、電磁エネルギーが加えるという構成をとるも
のである。この際に、さらに、レーザー光を照射する
際、同時に試料であるドーピングを行おうとする半導体
を前記第１の発明と同じように、適当な温度で加熱する
と一層、ドーピング効率を高めることができる。

【００１４】本発明における一導電型を付与する不純物
とは、半導体として珪素半導体（シリコン）を用いた場
合において、Ｐ型を付与するのであれば、３価の不純
物、代表的にはＢ（ボロン）等を用いることができ、Ｎ
型を付与するのであれば、５価の不純物、代表的にはＰ
（リン）やＡｓ（砒素）等を用いることができる。そし
てこれらの不純物を含む反応性気体としてＡｓＨ₃、Ｐ
Ｈ₃、ＢＦ₃、ＢＣｌ₃、Ｂ（ＣＨ₃）₃等を用いるこ
とができる。

【００１５】半導体としては、ＴＦＴを作製するのであ
れば、気相成長法やスパッタ法等によって成膜した非晶
質シリコン半導体薄膜が一般的には用いられる。また、
液相成長によって作製した多結晶または単結晶のシリコ
ン半導体でも本発明が適用できる。さらに、シリコン半
導体に限定されず、他の半導体であってもよいことはい
うまでもない。

【００１６】レーザー光としては、パルス発振型のエキ
シマレーザー装置を用いることが有用である。これは、
パルス発振レーザーでは、試料の加熱が瞬間的で、しか
も表面だけに限定され、基板に影響を与えないからであ
る。レーザーによる加熱は、局所的であるがゆえ、連続
発振レーザー（アルゴンイオンレーザー等）において
は、加熱部分と基板との熱膨張の著しい違いなどによっ
て、加熱部分が剥離してしまうことがある。この点、パ
ルスレーザーでは、熱緩和時間は、熱膨張のような機械
的応力の反応時間に比べて圧倒的に小さく、機械的なダ
メージを与えない。もちろん、基板の不純物が熱拡散す
ることもほとんどない。

【００１７】特に、エキシマーレーザー光は、紫外光で
あり、シリコンを初めとする多くの半導体に効率良く吸
収される上、パルスの持続時間は、１０ｎｓｅｃと短
い。また、エキシマーレーザーは、既に、アモルファス
シリコン薄膜をレーザー照射によって結晶化させて、結
晶性の高い多結晶シリコン薄膜を得るという実験に使用
された実績がある。具体的なレーザーの種類としては、
ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、ＸｅＣｌ
エキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）、ＸｅＦエキシマ
レーザー（波長３５１ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー
（２４８ｎｍ）等を用いることが適当である。

【００１８】本発明の構成において、基板を加熱する手
段としては、ホルダーにじかにニクロム線やカンタル
線、その他の発熱体を組み込んだ伝導型のものを使用し
てもよいが、赤外線ランプその他の放射型のものを利用
してもよい。しかしながら、基板温度は、不純物ドーピ
ング濃度や深さに大きな影響を与えるので、その制御
は、精密に行うことが望まれる。したがって、試料に
は、熱電対等の温度センサーが不可欠である。

【００１９】本発明の構成において、ドーピング用の反
応性気体（ドーピングガスという）を分解するために加
えられる電磁エネルギーとしては、１３．５６ＭＨｚの
高周波エネルギーが一般的である。この電磁エネルギー
によるドーピングガスの分解によって、ドーピングガス
を直接分解できないレーザー光を用いた場合でも効率よ
くドーピングを行うことができる。電磁エネルギーの種
類としては、１３．５６ＭＨｚの周波数に限定されるも
のではなく、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い
るとさらに高い活性化率を得ることができる。さらに
２．４５ＧＨｚのマイクロ波と８７５ガウスの磁場との
相互作用で生じるＥＣＲ条件を用いてもよい。また、ド
ーピングガスを直接分解できる光エネルギーを用いるこ
とも有効である。

【００２０】以上の記述では、半導体中のドーピング技
術に関して述べたが、本発明は、それに限らず、幅広い
応用が可能である。例えば、金属中に、その表面の特定
の厚さの部分に、表面材質を向上させるような微量元素
を数％添加する場合にも本発明を使用することが出来
る。例えば、鉄の表面に、アンモニア中で本発明を実施
し、窒素をドーピングし、表面の数〜数１００ｎｍを窒
化鉄としてもよい。

【００２１】あるいは、酸化物においても本発明を実施
し、効果を得ることができる。例えば、ビスマス系酸化
物高温超伝導体薄膜に塩化鉛蒸気中で本発明を実施し、
鉛を含有せしめることによって超伝導臨界温度をあげる
ことも可能である。従来、ビスマス系酸化物高温超伝導
体には、いくつかの種類が存在することが知られ、最高
の臨界温度は１１０Ｋ程度であった。しかし、臨界温度
が１００Ｋを越える相は得ることが困難であった。鉛を
添加すると１００Ｋを越える相が容易に得られることが
知られていたが、薄膜作製過程においては、基板加熱の
影響で鉛は外部に蒸散してしまう傾向があった。しかし
ながら、本発明は非熱平衡反応であるので、鉛を有効に
薄膜形成材料に取り込むことが出来る。同様に、近年、
半導体集積回路、特に、半導体メモリーの機能性材料と
して注目され、鉛を含有する強誘電体であるＰＺＴ（鉛
ジルコニアチタン酸化物）に適用することもできる。

【００２２】また、酸化珪素のごとき絶縁物において
も、微量不純物を添加する際に使用することが出来る。
酸化珪素には、既に半導体プロセスで使用されているよ
うに、燐を数％程度含有させてリンガラスとすることが
よくおこなわれる。もちろん、本発明を使用して酸化珪
素に燐を含有させることも可能である。例えば、１×１
０²⁰〜３×１０²⁰ｃｍ^-3の濃度でりんを拡散してやれば
よい。

【００２３】このリンガラスは、半導体内部に外部から
ナトリウム等の可動イオンが侵入することを防止するこ
とで知られている。従来は、リンガラス（ＰＳＧ）専用
のＣＶＤチャンバーによって成膜していたが、専用の装
置を用意しなければならないのでコストがかかる。本発
明を利用した場合には、レーザードーピング装置を半導
体の不純物ドープ用とリンガラス形成用に共用できるう
え、酸化珪素の成膜装置は、他の用途にも広く使用でき
るので、全体的なコストを上げることとはならず、経済
的である。

【００２４】特に、本発明を実施することは、各種有機
シラン（テトラ・エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）等）を
材料として比較的低温（６００℃以下）で形成された酸
化珪素膜の特性を向上せしめるうえで有効であった。す
なわち、このような被膜においては、原料中の炭素が多
く含まれており、絶縁特性が悪く、また、これをＭＯＳ
構造等の絶縁膜として使用する場合には、トラップ準位
があまりにも多く、良好な材料ではなかった。

【００２５】しかしながら、本発明によって燐のレーザ
ードーピングを行うとレーザー照射の加熱によって、こ
れら炭素が膜から除去され、トラップ準位が著しく減少
し、絶縁特性も向上する。既に説明したように、レーザ
ードーピングの際に基板温度を変えることによって、不
純物の深さ方向の分布を制御することが出来る。したが
って、酸化珪素膜中に深く燐を分布させるには、基板温
度を２００℃以上、好ましくは３５０〜４５０℃に保
ち、また、深さ１００ｎｍ以下にのみ分布させるには、
基板を室温あるいはそれ以下に保てばよい。

【００２６】また、レーザードーピングの際に、下地に
アモルファスのシリコン等の半導体材料が存在する場合
には、同時にこれらの半導体材料もアニールされて結晶
性が向上する。すなわち、酸化珪素膜は、紫外線に対し
て吸収率が小さく、レーザー光の多くの部分がその下の
半導体材料に吸収されるからである。したがって、２つ
の工程を同時に進めることができ、量産性の向上に有効
である。

【００２７】本発明の装置の概念図を図５および図６に
示す。図５は基板加熱装置を具備しただけのもの、図６
は、それに加えてプラズマを発生させる為の電磁装置を
も具備したものを示している。これらの図面は概念的な
ものであるので、当然のことながら、実際の装置におい
ては、必要に応じてその他の部品を具備することがあ
る。以下、その使用方法について概説する。

【００２８】図５において、試料２４は、試料ホルダー
２５上に設置される。最初に、チャンバー２１は、排気
装置に接続した排気系２７によって真空排気される。こ
の場合には、できるだけ高真空に排気することが望まれ
る。すなわち、大気成分である炭素や窒素、酸素は半導
体にとっては一般に好ましくないからである。このよう
な元素は、半導体中に取り込まれるが、同時に添加され
た不純物の活性度を低下させることがある。また、半導
体の結晶性を損ない、粒界における不対結合手の原因と
なる。したがって、１０^-6ｔｏｒｒ以下、好ましくは１
０^-8ｔｏｒｒ以下にまでチャンバー内を真空引きするこ
とが望まれる。

【００２９】また、排気と前後してヒーター２６を作動
させ、チャンバー内部に吸着した大気成分を追い出すこ
とも望ましい。現在の真空装置において使用されている
ように、チャンバー以外に予備室を設け、チャンバーが
直接、大気に触れないような構造とすることも望まし
い。当然のことながら、ロータリーポンプや油拡散ポン
プに比べて、炭素等の汚染の少ないターボ分子ポンプや
クライオポンプを用いることが望ましい。

【００３０】十分に排気されたら、反応性ガスをガス系
２８によって、チャンバー内に導入する。反応性ガス
は、単独のガスからなっていても、あるいは水素やアル
ゴン、ヘリウム、ネオン等で希釈されていてもよい。ま
た、その圧力は大気圧でも、それ以下でもよい。これら
は、目的とする半導体の種類と、不純物濃度、不純物領
域の深さ、基板温度等を考慮して選択される。

【００３１】次に窓２２を通して、レーザー光２３が試
料に照射される。このとき、試料はヒーターによって、
一定の温度に加熱されている。レーザー光は、１か所に
付き通常５〜５０パルス程度照射される。レーザーパル
スのエネルギーのばらつきは十分に大きく、したがっ
て、あまりパルス数がすくない場合には、不良発生の確
率が大きい。一方、あまりにも多くのパルスを１か所に
照射することは、量産性（スループット）の面から望ま
しくない。本発明人の知見では、上記のパルス数が量産
性からも、歩留りの点からも妥当であった。

【００３２】この場合、例えばレーザーのパルスが１０
ｍｍ（ｘ方向）×３０ｍｍ（ｙ方向）の特定の長方形の
形状をしていた場合に、同じ領域にレーザーパルスを１
０パルスを照射し、終了後は、次の部分に移動するとい
う方法でもよいが、レーザーを１パルスにつき、ｘ方向
に１ｍｍづつ移動させていってもよい。

【００３３】レーザー照射が終了したら、チャンバー内
を真空排気し、試料を室温まで冷却して、試料を取り出
す。このように、本発明において、ドーピングの工程
は、極めて簡単であり、かつ、高速である。すなわち、
従来のイオン注入プロセスであれば、（１）ドーピングパターンの形成（レジスト塗布、露
光、現像）（２）イオン注入（あるいはイオンドーピング）（３）再結晶化という３工程が必要であり、また、従来のレーザー照射
による固相拡散でも、（１）ドーピングパターンの形成（レジスト塗布、露
光、現像）（２）不純物被膜形成（スピンコーティング他）（３）レーザー照射という、やはり３工程が必要であった。しかしながら、
本発明では、（１）ドーピングパターンの形成（レジスト塗布、露
光、現像）（２）レーザー照射という２工程で完了する。

【００３４】図６の装置においても、図５の場合とほぼ
同じである。最初にチャンバー３１内を排気系３７によ
って真空排気し、ガス系３８より反応性ガスを導入す
る。そして、試料ホルダー３５上の試料３４に対して、
窓３２を通して、レーザー光３３を照射する。そのとき
には、高周波もしくは交流（あるいは直流）電源４０か
ら、電極３９に電力を投入し、チャンバー内部にプラズ
マ等を発生させて、反応性ガスを活性な状態とする。図
では電極は容量結合型に示されているが、誘導（インダ
クタンス）結合型であってもよい。さらに、容量結合型
であっても、試料ホルダーを一方の電極として用いても
よい。また、レーザー照射時には、ヒーター３６によっ
て試料を加熱してもよい。以下に実施例を示し、より詳
細に本発明を説明する。

【００３５】

【実施例】〔実施例１〕本実施例は、ガラス基板上に
設けられたＮチャネル薄膜型絶縁ゲイト電界効果トラン
ジスタ（以下ＮＴＦＴと記す）の作製に本発明の構成で
あるドーピング法を適用した例である。本実施例におい
ては、基板としてガラス基板また石英基板を用いた。こ
れは、本実施例において作製するＴＦＴがアクィブマト
リックス型の液晶表示装置、またはイージセンサのスイ
ッチング素子や駆動素子として用いることを意図してい
るからである。もちろん、他の半導体装置、例えば、光
電変換装置のＰ型半導体層やＮ型半導体層の形成、さら
に、単結晶半導体集積回路を作製する際のドーピング技
術として本発明の構成を適用してもよい。よって、基板
としては、珪素または他の半導体の単結晶または多結晶
のものを用いてもよいし、他の絶縁体を用いてもよい。

【００３６】まず、図１において、基板であるガラス基
板１１上にＳｉＯ₂膜または窒化珪素膜を下地保護膜１
２として形成する。本実施例においては、酸素１００％
雰囲気中におけるＲＦスパッタリングによってＳｉＯ₂
膜１２を２００nm成膜した。成膜条件は、以下の通り。Ｏ₂流量５０sccm 圧力０．５pa ＲＦ電力５００Ｗ基板温度１５０度

【００３７】つぎに、プラズマＣＶＤ法によって真性ま
たは実質的に真性（人為的に不純物を添加していないと
いう意味）の水素化非晶質珪素半導体層１３を１００ｎ
ｍの厚さに形成する。この水素化非晶質珪素半導体層１
３は、チャネル形成領域並びにソース、ドレイン領域を
構成する半導体層となる。成膜条件は、以下の通り。雰囲気シラン（ＳｉＨ₄）１００％成膜温度１６０度（基板温度）成膜圧力０．０５Ｔｏｒｒ投入パワー２０Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）

【００３８】なお、本実施例においては、非晶質珪素の
成膜原料ガスとしてシランを用いているが、熱結晶化に
よって非晶質珪素を多結晶化させる場合には、結晶化温
度を下げるためにジシラン、またはトリシランを用いて
もよい。

【００３９】成膜雰囲気をシラン１００％で行うのは、
一般に行われる水素で希釈されたシラン雰囲気中で成膜
した非晶質珪素膜に比較して、シラン１００％雰囲気中
で成膜した非晶質珪素膜は、結晶化し易いという実験結
果に基づくものである。また、成膜温度が低いのは、成
膜された非晶質珪素膜中に水素を多量に含ませ、できう
る限り珪素の結合手を水素で中和するためである。

【００４０】また、高周波エネルギー（１３．５６ＭＨ
ｚ）の投入パワーが２０Ｗと低いのは、成膜時におい
て、珪素のクラスタすなわち結晶性を有する部分が生じ
ることを極力防ぐためである。これも、非晶質珪素膜中
において、少しでも結晶性を有していると、後のレーザ
ー照射時における結晶化に悪影響を与えるという実験事
実に基づくものである。

【００４１】つぎに、デバイス分離パターニングを行い
図１の形状を得た。そして、試料を真空中（１０^-6Torr
以下）で、４５０度、１時間加熱し、水素出しを徹底的
に行い、膜中のダングリングボンドを高密度で生成させ
た。

【００４２】さらに、試料を図５に示すレーザー照射装
置に移し、エキシマレーザーを照射し、試料の多結晶化
を行った。この工程は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長
２４８ｎｍ）を用いた。条件は以下の通り。レーザー照射エネルギー密度３５０ｍＪ／ｃｍ² パルス数１〜１０ショット基板温度４００度レーザー照射後、水素減圧雰囲気中（約１Torr）におい
て、１００度まて降温させた。

【００４３】なお、本実施例においてはレーザー光の照
射による非晶質珪素膜の結晶化を示したが、これを加熱
による工程に置き換えてもよいことはいうまでもない。
この加熱工程とは、ガラスの耐熱温度以下の温度である
４５０度〜７００度程度（一般には６００度）の温度で
６時間〜９６時間加熱を行い、ガラス基板上に設けられ
た非晶質珪素半導体膜を結晶化させる工程をいう。

【００４４】図５において、２１は真空チャンバー、２
２は真空チャンバー２１の外部からレーザーを照射すた
めの石英（特にエキシマーレーザーの場合には、無水石
英が好ましい）窓、２３はレーザーが照射された場合に
おけるレーザー光、２４は試料（サンプル）、２５はサ
ンプルホルダー、２６は試料加熱用のヒーター、２７は
排気系、２８は原料ガスや不活性ガスさらにはキャリア
ガスの導入系であり、図には一つしか示されていないが
実際には複数設けられているものである。また、排気系
には、低真空用にロータリーポンプを高真空用にターボ
分子ポンプを用い、チャンバー内の不純物（特に酸素）
の残留濃度を極力少なくするように努めた。排気能力に
関しては１０^-6ｔｏｒｒ以下、好ましくは１０^-8ｔｏｒ
ｒ以下とする。

【００４５】図５の真空チャンバーを用いてエキシマレ
ーザーによる結晶化を行った後、ＲＦスパッタ法を用い
てゲイト絶縁膜となるＳｉＯ₂膜１４を１００ｎｍ成膜
し、図２の形状を得た。そして、ゲイト電極１５となる
非晶質珪素半導体層または多結晶珪素半導体層（厚さ１
５０ｎｍ）をＮ型の導電型とするためにＰ（リン）を添
加して設けた。この後、ゲイト領域をパターニングによ
って形成し、図３の形状を得た。ゲイト電極としては、
これ以外にも、アルミニウムやクロム、タンタル等の金
属材料を用いてもよい。さらに、アルミニウムやタンタ
ルを用いる場合には、その表面を陽極酸化しておくと、
後のレーザー照射の際にもゲイト電極にダメージが及ば
ない。ゲイト電極に陽極酸化を行ったプレーナー型ＴＦ
Ｔについては、特願平３−２３７１００、あるいは同３
−２３８７１３に記述されているので、ここでは詳述し
ない。

【００４６】ここで、再び図５に示す装置を用いて本発
明の構成であるレーザー光による不純物のドーピングを
行う。図５に示す装置において、ＰＨ₃雰囲気下で、試
料（図３の形状を有している）を加熱し、レーザー光を
照射してＰ（リン）のドーピングを行った。この時、ソ
ース、ドレイン領域（図４に示す１３１、１３３）に
は、ＰがドーピングされるのでＮ型化する。これに対し
て、チャネル形成領域（図４に示す１３２）には、ゲイ
ト絶縁膜１４とゲイト電極１５がマスクとなりレーザー
が照射されず、その部分の温度が上昇しないので、ドー
ピングが行われない。ドーピング条件は以下の通り。雰囲気ＰＨ₃５％濃度（Ｈ₂希釈）試料温度３５０度圧力０．０２〜１．００ＴｏｒｒレーザーＫｒＦエキシマレーザー（波長２４
８ｎｍ）エネルギー密度１５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² パルス数１０ショット

【００４７】上記ソース、ドレイン領域形成の後、図４
に示すようにＲＦスパッタ法によって絶縁膜としてＳｉ
Ｏ₂膜１６を１００ｎｍの厚さに成膜した。成膜条件
は、ゲイト酸化膜の作製方法と同一である。

【００４８】その後、コンタクト用の穴開けパターニン
グを行い、さらに電極となるアルミを蒸着してソース電
極１７とドレイン電極１８を形成し、さらに水素雰囲気
中において３５０度の温度で水素熱アニールを行うこと
によって、ＮＴＦＴを完成した。同様に、雰囲気をＢ₂
Ｈ₆とすることによってＰチャネル型ＴＦＴ（ＰＴＦ
Ｔ）も形成することができた。

【００４９】特に、本発明の効果を比較する為に、レー
ザー照射時に試料を加熱しないで、全く同じ強度のレー
ザーを照射したが、図９（ｂ）に示すように、試料加熱
がない場合には、不純物濃度も１桁以上少なく、また、
不純物の分布も表面近傍に限られていた。一方、本実施
例において、試料を３５０℃に加熱してレーザー照射し
たものは、図９（ａ）に示すように、不純物のドーピン
グ濃度が大きく、また、その拡散は深部にまで及んでい
た。

【００５０】〔実施例２〕本実施例は、ガラス基板上
に設けられたＮＴＦＴの作製に本発明の構成であるドー
ピング方を適用した例である。本実施例においては、基
板として実施例１同様、ガラス基板また石英基板を用い
た。まず、実施例１と同様、図１の基板であるガラス基
板１１上にＳｉＯ₂膜または窒化珪素膜を下地保護膜１
２として形成する。

【００５１】つぎに、プラズマＣＶＤ法によって真性ま
たは実質的に真性の水素化非晶質珪素半導体層１３を１
００ｎｍの厚さに形成する。つぎに、デバイス分離パタ
ーニングを行い図１の形状を得た。そして、試料を真空
中（１０^-6Torr以下）で、４５０度、１時間加熱し、水
素出しを徹底的に行い、膜中のダングリングボンドを高
密度で生成させた。

【００５２】さらに、前記水素出しを行ったチャンバー
中で、真空状態を維持したままエキシマレーザーを照射
し、試料の多結晶化を実施例１と同じ条件で行った。レ
ーザー照射後、水素減圧雰囲気中（約１Torr）におい
て、１００度まて降温させた。

【００５３】本実施例においては、図６に示すような装
置を用いて上記試料の水素出しのための加熱工程とエキ
シマレーザー光の照射による結晶化、さらには、不純物
のドーピング工程をも同一真空チャンバーによって行っ
た。このような真空チャンバーを用いることによって、
加熱工程からレーザー照射による結晶化工程にわたって
真空状態を保つことが容易になり、膜中に不純物（特に
酸素）が混入しない膜を得ることができる。この真空チ
ャンバーには、電磁エネルギーを雰囲気に与えるための
電極を備えておりＰＣＶＤ装置をも兼ねるものである。
しかしながら、それぞれ連続する工程をマルチチャンバ
ー型式に構成された装置を用いて、それぞれの工程を別
々の反応炉で行ってもよいことはいうまでもない。図６
に示す反応炉は陽光柱方式の構成であるが、他の形式で
もよく、電磁エネルギーの加え方も特に限定されるもの
ではない。また、特に、高い活性化率を得たいのであれ
ば、ＥＣＲ形式の装置を用いることが有用である。

【００５４】図６において、３１は真空チャンバー、３
２は真空チャンバー３１の外部からレーザーを照射すた
めの石英窓、３３はレーザーが照射された場合における
レーザー光、３４は試料（サンプル）、３５はサンプル
ホルダー、３６は試料加熱用のヒーター、３７は排気
系、３８は原料ガスや不活性ガス、さらにはキャリアガ
スの導入系であり、図には一つしか示されていないが実
際には、複数設けられているものである。また、排気系
には、低真空用にロータリーポンプを高真空用にターボ
分子ポンプを用い、チャンバー内の不純物（特に酸素）
の残留濃度を極力少なくするように努めた。そして、３
９は平行平板電極であり、高周波発振装置４０より供給
される１３．５６ＭＨｚの電磁エネルギーをチャンバー
内に供給するものである。

【００５５】図６の真空チャンバーを用いてエキシマレ
ーザーによる結晶化を行った後、ＲＦスパッタ法を用い
てゲイト絶縁膜となるＳｉＯ₂膜１４を１００ｎｍ成膜
し、図２の形状を得た。そして、ゲイト電極１５となる
非晶質珪素半導体層または多結晶珪素半導体層（厚さ１
５０ｎｍ）をＮ型の導電型とするためにＰ（リン）を添
加して設けた。この後、ゲイト領域をパターニングによ
って形成し、図３の形状を得た。

【００５６】ここで、再び図６に示す装置を用いて本発
明の構成であるレーザー光による不純物のドーピングを
行う。図６に示す装置において、電磁エネルギーを与え
られ分解されたＰＨ₃雰囲気下で、試料（図３の形状を
有している）を加熱し、レーザー光を照射してＰ（リ
ン）のドーピングを行った。この時、ソース、ドレイン
領域（図４に示す１３１、１３３）には、Ｐがドーピン
グされるのでＮ型化する。これに対して、チャネル形成
領域（図４に示す１３２）には、ゲイト絶縁膜１４とゲ
イト電極１５がマスクとなり、レーザーが照射されず、
その部分の温度が上昇しないので、ドーピングが行われ
ない。ドーピング条件は以下の通り。雰囲気ＰＨ₃５％濃度（Ｈ₂希釈）試料温度３５０度圧力０．０２〜１．００Ｔｏｒｒ投入パワー５０〜２００ＷレーザーＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）エネルギー密度１５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ² パルス数１０ショット

【００５７】上記ソース、ドレイン領域形成の後、実施
例１と同じように、図４に示すようにＲＦスパッタ法に
よって絶縁膜としてＳｉＯ₂膜１６を１００ｎｍの厚さ
に成膜し、コンタクト用の穴開けパターニングを行い、
さらに、電極となるアルミを蒸着してソース電極１７と
ドレイン電極１８を形成し、さらに、水素雰囲気中にお
いて、３５０度の温度で水素熱アニールを行うことによ
って、ＮＴＦＴを完成した。

【００５８】このドーピング工程において、雰囲気をＢ
₂Ｈ₆とすることによって、Ｐチャネル型ＴＦＴ（ＰＴ
ＦＴ）を形成することができた。従来であったら、レー
ザー光の波長によってドーピングガスの分解の度合いが
異なり、このことによるドーピングの不均一性が問題で
あったが、本発明の構成をとった場合、レーザー光によ
ってではなく、電磁エネルギーによってドーピングガス
が分解されるので、ＰＴＦＴであってもＮＴＦＴであっ
ても、レーザー光の波長に制限されることなくドーピン
グを行うことができた。

【００５９】〔実施例３〕図７には本発明のドーピン
グ処置装置の様子を示す。すなわち、チャンバー７１に
は、無水石英ガラス製のスリット状の窓７２が設けられ
ている。レーザー光は、この窓に合わせて細長い形状に
成形される。レーザーのビームは、例えば１０ｍｍ×３
００ｍｍの長方形とした。なお、レーザー光の位置は、
固定されている。チャンバーには、排気系７７、および
反応性ガスを導入するためのガス系７８が接続されてい
る。また、チャンバー内には、試料ホルダー７５が設け
られ、その上には試料７４が乗せられ、試料ホルダーの
下には赤外線ランプ（ヒーターとして機能する）７６が
設けられている。試料ホルダーは、可動であり、試料を
レーザーのショットに合わせて移動することができる。

【００６０】このように、試料の移動のための機構がチ
ャンバー内に組み込まれている際には、ヒーターによる
試料ホルダーの熱膨張によって狂いが生じるので、温度
制御には、細心の注意が必要である。また、試料移送機
構によってホコリが生じるので、チャンバー内のメンテ
ナンスは面倒である。

【００６１】〔実施例４〕図８（Ａ）には本発明のド
ーピング処置装置の様子を示す。すなわち、チャンバー
８１には、無水石英ガラス製の窓８２が設けられてい
る。この窓は、実施例３の場合と異なり、試料８４全面
を覆うだけの広いものである。チャンバーには、排気系
８７、および反応性ガスを導入するためのガス系８８が
接続されている。また、チャンバー内には、試料ホルダ
ー８５が設けられ、その上には試料８４が乗せられ、試
料ホルダーは、ヒーターが内蔵されている。試料ホルダ
ーは、チャンバーに固定されている。チャンバーの下部
には、チャンバーの台８１ａが設けられており、レーザ
ーのパルスに合わせて、チャンバー全体を移動させるこ
とによって、逐次、レーザー照射を行う。レーザーのビ
ームは、実施例３の場合と同じく、細長い形状である。
例えば、５ｍｍ×１００ｍｍの長方形とした。実施例３
と同様、レーザー光の位置は固定されている。本実施例
では、実施例３と異なり、チャンバー全体が移動する機
構を採用する。したがって、チャンバー内には、機械部
分が存在せず、ホコリ等が生じないので、メンテナンス
が容易である。また、移送機構が、ヒーターの熱の影響
を受けることは少ない。

【００６２】本実施例では、実施例３に比べて上記のよ
うな点で優れているだけでなく、以下のような点でも優
れている。すなわち、実施例３の方式では、試料をチャ
ンバーに入れてから、十分な真空度まで真空排気できる
まで、レーザー放射をおこなえなかった。すなわち、デ
ッドタイムが多かった。しかし、本実施例では、図８
（Ａ）のようなチャンバーを多数用意し、それぞれ、順
次、試料装填、真空排気、レーザー照射、試料取り出
し、というように回転させてゆけば、上記のようなデッ
ドタイムは生じない。そのようなシステムを図８（Ｂ）
に示した。

【００６３】すなわち、未処理の試料を内蔵したチャン
バー９７、９６は、排気工程の間に連続的な搬送機構９
８によって、精密な移動が行えるステージを有する架台
９９に向かう。ステージ上のチャンバー９５には、レー
ザー装置９１から放射され、適当な光学装置９２、９３
で加工されたレーザー光が窓を通して中の試料に照射さ
れる。ステージを動かすことによって、必要なレーザー
照射が行われたチャンバー９４は、再び、連続的な搬送
機構１００によって次の段階に送られ、その間にチャン
バー内のヒーターは、消灯し、排気され、十分温度が下
がってから、試料が取り出される。

【００６４】このように、本実施例では、連続的な処理
が行えることによって、排気待ちの時間を削減すること
ができ、スループットを向上させられる。もちろん、本
実施例の場合には、スループットは、向上するけれど
も、その分、実施例３の場合よりチャンバーを多く必要
とするので、量産規模や投資規模を考慮して実施すべき
である。

【００６５】〔実施例５〕本実施例は、ガラス基板上
に設けられたＮＴＦＴの作製に本発明の構成であるドー
ピング方を適用した例である。本実施例においては、基
板として実施例１同様、ガラス基板また石英基板を用い
た。まず、実施例１と同様、図１の基板であるガラス基
板１０１上にＳｉＯ₂膜を下地保護膜１０２として形成
し、つぎに、プラズマＣＶＤ法によって実質的に真性の
水素化非晶質珪素半導体層１０３を１００ｎｍの厚さに
形成する。つぎに、デバイス分離パターニングを行っ
た。そして、試料を真空中（１０^-6Torr以下）で、４５
０度、１時間加熱し、水素出しを徹底的に行い、膜中の
ダングリングボンドを高密度で生成させた。その後、Ｒ
Ｆスパッタ法を用いてＳｉＯ₂膜１０４を１００ｎｍ成
膜し、図１０（Ａ）の形状を得た。そして、チャネルの
部分にのみ、酸化珪素マスク１０５を残置せしめた。

【００６６】ここで、図６に示す装置を用いて本発明の
構成であるレーザー光による不純物のドーピングを行
う。図６に示す装置において、電磁エネルギーを与えら
れ分解されたＰＨ₃雰囲気下で、試料（図１０（Ｂ）の
形状を有している）を加熱し、レーザー光を照射してＰ
（リン）のドーピングを行った。この時、ソース、ドレ
イン領域（図に示す１０６、１０８）には、Ｐがドーピ
ングされるのでＮ型化する。これに対して、チャネル形
成領域（図に示す１０７）には、酸化珪素マスク１０５
がマスクとなりレーザーは照射され、結晶化するが、マ
スク材が存在するため、ドーピングは行われない。すな
わち、本工程では、レーザーによる結晶化と、ドーピン
グが同時に行われる。このときの条件は、実施例２と同
じとした。

【００６７】上記ソース、ドレイン領域形成の後、ゲイ
ト酸化膜１１０とゲイト電極１０９を形成し、さらに、
層間絶縁膜としてＳｉＯ₂膜１１１を１００ｎｍの厚さ
に成膜し、コンタクト用の穴開けパターニングを行い、
さらに、電極となるアルミを蒸着して、ソース電極１１
２とドレイン電極１１３を形成し、さらに、水素雰囲気
中において、３５０度の温度で水素熱アニールを行うこ
とによって、図１０（Ｃ）に示すように、ＮＴＦＴを完
成した。

【００６８】本実施例では、セルフアライン的なソー
ス、ドレインの形成はできないが、例えば、実施例１と
同様にゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成しておいて、
裏面からレーザー照射を行えば、本実施例のように、チ
ャネル領域の結晶化とソース、ドレインのドーピングを
同時に行うことができる。

【００６９】〔実施例６〕コーニング７０５９ガラス
基板上にアクティブマトリクスを形成した例を図１１に
示す。図１１（Ａ）に示すように、基板２０１として
は、コーニング７０５９ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ、
３００×４００ｍｍ）を使用した。コーニング７０５９
ガラスに含まれるナトリウム等の不純物がＴＦＴ中に拡
散しないようにプラズマＣＶＤ法で全面に厚さ５〜５０
ｎｍ、好ましくは５〜２０ｎｍの窒化珪素膜２０２を形
成した。このように、基板を窒化珪素または酸化アルミ
ニウムの皮膜でコーティングしてこれをブロッキング層
とする技術は、本発明人等の出願である特願平３−２３
８７１０、同３−２３８７１４に記述されている。

【００７０】ついで、下地酸化膜２０３（酸化珪素）を
形成した後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラズマＣＶＤ法で
シリコン膜２０４（厚さ３０〜１５０ｎｍ、好ましくは
３０〜５０ｎｍ）を形成し、さらにテトラ・エトキシ・
シラン（ＴＥＯＳ）を原料として、酸素雰囲気中のプラ
ズマＣＶＤ法によって、酸化珪素のゲイト絶縁膜（厚さ
７０〜１２０ｎｍ、典型的には１００ｎｍ）２０５を形
成した。基板温度は、ガラスの縮みやソリを防止するた
めに４００℃以下、好ましくは２００〜３５０℃とし
た。しかしながら、この程度の基板温度では、酸化膜中
には、多量の再結合中心が存在し、例えば、界面準位密
度は１０¹²ｃｍ^-2以上でゲイト絶縁膜としては、使用で
きないレベルのものであった。

【００７１】そして、図１１（Ａ）に示すように、水素
希釈フォスフィンＰＨ₃（５％）中で、ＫｒＦレーザー
光を照射して、このシリコン膜２０４の結晶性を改善せ
しめるとともに、ゲイト酸化膜２０５の再結合中心（ト
ラップセンター）を減少させた。このときには、レーザ
ー光のエネルギー密度は、２００〜３００ｍＪ／ｃｍ ²
とした。また、ショット数も１０回とした。このましく
は、温度を２００〜４００℃、代表的には３００℃に保
つと良い。その結果、シリコン膜２０４は結晶性が改善
され、また、ゲイト酸化膜２０５中には、１×１０²⁰〜
３×１０²⁰ｃｍ ^-3の燐がドーピングされ、界面準位密度
も１０¹¹ｃｍ^-2以下に減少した。

【００７２】次に、図１１（Ｂ）に示すようにアルミニ
ウムのゲイト電極２０６を形成して、その周囲を陽極酸
化物２０７で被覆した。

【００７３】その後、Ｐ型の不純物として、硼素をイオ
ンドーピング法でシリコン層に自己整合的に注入し、Ｔ
ＦＴのソース／ドレイン２０８、２０９を形成し、さら
に、図１１（Ｃ）に示すように、これにＫｒＦレーザー
光を照射して、このイオンドーピングのために結晶性の
劣化したシリコン膜の結晶性を改善せしめた。しかし、
このときには、レーザー光のエネルギー密度は、２５０
〜３００ｍＪ／ｃｍ²と高めに設定した。このため、こ
のＴＦＴのソース／ドレインのシート抵抗は３００〜８
００Ω／□となった。

【００７４】その後、図１１（Ｄ）に示すように、ポリ
イミドによって層間絶縁物２１０を形成し、さらに、画
素電極２１１をＩＴＯによって形成した。そして、図１
１（Ｅ）に示すように、コンタクトホールを形成して、
ＴＦＴのソース／ドレイン領域にクロムで電極２１２、
２１３を形成し、このうち一方の電極２１３は、ＩＴＯ
にも接続するようにした。最後に、水素中で３００℃で
２時間アニールして、シリコンの水素化を完了し、液晶
表示装置の画素を作製した。

【００７５】〔実施例７〕実施例６と同じく酸化珪素
膜に燐をドープし、これをゲイト絶縁膜としてＴＦＴを
形成した例を図１１に示す。実施例６と同様に、図１１
（Ａ）に示すような、基板２０１の全面にプラズマＣＶ
Ｄ法で厚さ５〜５０ｎｍ、好ましくは５〜２０ｎｍの窒
化珪素膜２０２を形成した。ついで、下地酸化膜２０３
（酸化珪素）を形成した後、ＬＰＣＶＤ法もしくはプラ
ズマＣＶＤ法でシリコン膜２０４（厚さ３０〜１５０ｎ
ｍ、好ましくは３０〜５０ｎｍ）を形成し、さらに、ス
パッタ法によって酸化珪素膜（厚さ７０〜１２０ｎｍ、
典型的には１００ｎｍ）２０５を形成した。この工程
は、実施例６のように、テトラ・エトキシ・シラン（Ｔ
ＥＯＳ）を原料として、酸素雰囲気中のプラズマＣＶＤ
法によって行なってもよい。基板温度はガラスの縮みや
ソリを防止するために４００℃以下、好ましくは２００
〜３５０℃とした。

【００７６】そして、図１１（Ａ）に示すように、水素
希釈フォスフィンＰＨ₃（５％）中で、ＫｒＦレーザー
光を照射して、このシリコン膜２０４の結晶性を改善せ
しめるとともに、ゲイト酸化膜２０５の再結合中心（ト
ラップセンター）を減少させた。このときには、レーザ
ー光のエネルギー密度は、２００〜３００ｍＪ／ｃｍ ²
とした。また、ショット数も１０回とした。基板温度は
室温とした。このため、燐のドープは酸化珪素膜の表面
から７０％以下の部分に限られた。

【００７７】次に、図１１（Ｂ）に示すようにアルミニ
ウムのゲイト電極２０６を形成して、その周囲を陽極酸
化物２０７で被覆した。陽極酸化工程が終了した後に、
逆に負の電圧を印加した。例えば−１００〜−２００Ｖ
の電圧を０．１〜５時間印加した。好ましくは基板温度
は、１００〜２５０℃、代表的には１５０℃とした。こ
の工程によって、酸化珪素中あるいは酸化珪素とシリコ
ン界面にあった可動イオンがゲイト電極（Ａｌ）に引き
寄せられ、その途中に存在する燐の濃度の大きな領域
（リンガラス化していると推定される）にトラップされ
た。このように、陽極酸化後、もしくは陽極酸化中にゲ
イト電極に負の電圧を印加する技術は、本発明人等の出
願の特願平４−１１５５０３（Ｈ４年４月７日出願）に
記述されている。

【００７８】その後、Ｎ型の不純物として、燐を公知の
イオンドーピング法でシリコン層に自己整合的に注入
し、ＴＦＴのソース／ドレイン２０８、２０９を形成
し、さらに、図１１（Ｃ）に示すように、これにＫｒＦ
レーザー光を照射して、このイオンドーピングのために
結晶性の劣化したシリコン膜の結晶性を改善せしめた。
その後、図１１（Ｄ）に示すように、ポリイミドによっ
て層間絶縁物２１０を形成し、さらに、画素電極２１１
をＩＴＯによって形成した。そして、図１１（Ｅ）に示
すように、コンタクトホールを形成して、ＴＦＴのソー
ス／ドレイン領域にクロムで電極２１２、２１３を形成
し、このうち一方の電極２１３は、ＩＴＯにも接続する
ようにした。最後に、水素中で３００℃で２時間アニー
ルして、シリコンの水素化を完了し、ＴＦＴを作製し
た。

【００７９】〔実施例８〕本実施例では、単結晶基板
上に酸化珪素膜を形成し、これに燐のレーザードーピン
グを行ない、これをゲイト酸化膜としたＭＯＳキャパシ
ターを作製し、その特性（ＣＶ特性）を測定した。

【００８０】単結晶シリコン（１００）面上にテトラ・
エトキシ・シラン（ＴＥＯＳ）を原料として、酸素雰囲
気中のプラズマＣＶＤ法によって、酸化珪素のゲイト絶
縁膜（厚さ７０〜１２０ｎｍ、典型的には１００ｎｍ）
を形成した。基板温度は、４００℃以下、好ましくは２
００〜３５０℃とした。しかしながら、この程度の基板
温度では、酸化膜中には炭素を含んだクラスターが多数
存在し、また、多量の再結合中心が存在し、例えば、界
面準位密度は、１０¹²ｃｍ^-2以上でゲイト絶縁膜として
は使用できないレベルのものであった。

【００８１】そこで、実施例１で使用した装置を用い
て、水素希釈フォスフィンＰＨ₃（５％）中で、ＫｒＦ
レーザー光を照射して、この酸化珪素膜の再結合中心
（トラップセンター）を減少させた。このときには、レ
ーザー光のエネルギー密度は、２００〜３００ｍＪ／ｃ
ｍ²とした。また、ショット数も１０回とした。このま
しくは、温度を２００〜４００℃、代表的には３００℃
に保つと良い。その結果、酸化膜中には、１×１０²⁰〜
３×１０²⁰ｃｍ^-3の燐がドーピングされ、界面準位密度
も１０¹¹ｃｍ^-2以下に減少した。次に、アルミニウムの
ゲイト電極を形成した。

【００８２】例えば、レーザードーピング処理を行わな
ければ、得られるＭＯＳキャパシターのＣＶ特性は図１
２（Ａ）に示すようなヒステリシスの大きなものとな
る。ここで、横軸は電圧、縦軸は静電容量である。しか
しながら、本実施例のようなレーザードーピング処理に
よって、図１２（Ｂ）のような良好なＣＶ特性が得られ
るに至った。

【００８３】このときの膜中の各元素の分布は、図１２
（Ｃ）に示すようになった。すなわち、本実施例のレー
ザードーピングによって酸化珪素膜の途中まで燐がドー
プされた。そして、これによって、ナトリウム元素は、
この燐によってゲッタリングされていることがわかる。
また、炭素は酸化膜の全ての領域で非常に僅かしか存在
しなかったが、これはレーザー照射によって、膜の外に
放出されたためである。なお、本実施例においても、実
施例７のように、ゲイト電極（Ａｌ）に負の電圧を印加
して、膜中に存在するナトリウム等の可動イオンを積極
的に燐の多い領域に引き寄せると一層の効果が得られ
る。

【００８４】

【発明の効果】本発明の構成である、試料を加熱した状
態、あるいは反応性ガスに電磁エネルギーを与えること
によって分解された一導電型を付与する不純物を含む雰
囲気において、半導体にレーザー光を照射することによ
って、半導体中に前記一導電型を付与する不純物を効率
よくドーピングすることができた。特に、ガラス基板に
熱ダメージを与えずに、しかもレーザー光の波長やドー
ピングガスの種類に左右されずにドーピングを行うこと
ができるという効果を得ることができた。

【００８５】また、先に記述したように、本発明は、半
導体への不純物ドープという限られた目的だけでなく、
金属材料やセラミックス材料の表面の改質や、金属薄
膜、セラミックス薄膜、絶縁体薄膜への微量元素の添加
といような幅広い目的に使用でき、工業的に有益な発明
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の作製工程を示す。

【図２】実施例の作製工程を示す。

【図３】実施例の作製工程を示す。

【図４】実施例の作製工程を示す。

【図５】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装
置の概念図を示す。

【図６】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装
置の概念図を示す。

【図７】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装
置の例を示す。

【図８】本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装
置の例を示す。

【図９】本発明および従来の方法によって作製された
半導体不純物領域の不純物濃度の深さ分布

【図１０】実施例の作製工程を示す。

【図１１】実施例の作製工程を示す。

【図１２】実施例のＣＶ特性および元素分布を示す。

【符号の説明】

２１真空チャンバー２６ヒータ
ー２２石英窓２７排気系２３レーザー光２８ガス導
入系２４試料２５サンプルホルダー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリット状の窓が設けられた、半導体膜が
設けられた基板を処理するためのチャンバーと、前記基板を一方向に移動させる移動手段と、前記チャンバーにドーパントを含んだガスを導入するた
めのガス導入手段と、レーザー光を照射するレーザー光
照射手段と、を有する半導体装置の製造装置であって、前記移動手段により基板を移動させつつ、前記レーザー
光照射手段からのレーザー光を照射することで、前記レ
ーザー光が前記窓を通って前記半導体膜に照射されるこ
とを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】Ｎ型またはＰ型の導電性を付与する不純物
を半導体にドーピングするためのイオンドーピング装置
であって、反応性気体中で線状のレーザー光を走査しながら照射す
る手段と、前記線状のレーザー光の照射時に、前記反応性気体に電
磁エネルギーを加えて、前記反応性気体を分解する手段
と、を有することを特徴とするイオンドーピング装置。
【請求項３】請求項２において、前記レーザー光は、パ
ルス状に発振されることを特徴とするイオンドーピング
装置。
【請求項４】請求項２において、前記レーザー光は、エ
キシマレーザー光であることを特徴とするイオンドーピ
ング装置。
【請求項５】請求項２乃至４のいずれか１項おいて、更
に、前記半導体膜を加熱する手段を有することを特徴と
するイオンドーピング装置。
【請求項６】チャンバーと、前記チャンバーにドーパントを含んだガスを導入するた
めのガス導入手段と、前記ガスのプラズマを発生させる手段と、前記チャンバー内に設けられた基板を配置する基板ホル
ダーと、前記プラズマ中の前記ドーパントを前記基板表面のスリ
ット状の部分的な領域全体からドーピングするドーピン
グ手段と、を有することを特徴とするイオンドーピング装置。
【請求項７】チャンバーと、前記チャンバーにドーパントを含んだガスを導入するた
めのガス導入手段と、前記ガスのプラズマを発生させる手段と、前記チャンバー内に設けられた基板を配置する基板ホル
ダーと、前記プラズマ中の前記ドーパントを前記基板表面のスリ
ット状の部分的な領域にドーピングするドーピング手段
と、前記基板と前記ドーピング手段を相対的に移動させる移
動手段と、を有することを特徴とするイオンドーピング装置。
【請求項８】請求項５又は６のいずれか１項おいて、前記プラズマを発生させる手段は、高周波エネルギー、
またはマイクロ波及び磁場を含むことを特徴とするイオ
ンドーピング装置。
【請求項９】請求項５乃至７のいずれか１項おいて、更
に、前記基板を加熱する手段を有することを特徴とする
イオンドーピング装置。